Szwedzka Królewska Akademia Nauk przyznała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki dla Francisa Halzena za kluczowy wkład w powstanie Obserwatorium Neutrin IceCube.

Eksperyment Neutrinowy Ice Cube to specyficzny eksperyment, który wykorzystuje kilometr sześcienny lodu na Biegunie Południowym. W Ice Cube wydrążono 91 głębokich dziur, w których znajdują się detektory rejestrujące niebieską poświatę (promieniowanie Czerenkowa) powstającą podczas zderzeń neutrin z cząsteczkami wody.

Neutrina to maleńkie cząstki elementarne, które potrafią przenikać przez ziemię, skały czy wodę. Są obojętne elektrycznie i słabo oddziałują z materią, dlatego tak trudno jest je zbadać. Zarówno stabilna geologicznie lokalizacja eksperymentu, jak i ogromna objętość „detektora” sprawiają, że IceCube jest w stanie wykrywać oddziaływania z neutrinami o bardzo wysokich energiach.

– Głównym celem eksperymentu jest rejestrowanie wysokoenergetycznych neutrin i śledzenie ich źródeł na mapie nieba. Energia tych cząstek sięga 1018 elektronowolta (eV). Jest więc dużo większa, niż te możliwe do uzyskania nawet w największym akceleratorze na świecie, Wielkim Zderzaczu Hadronów (ang. Large Hadron Collider, LHC) – wyjaśnia prof. dr hab. Ewa Rondio z Zakładu Fizyki Wysokich Energii Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Obserwatorium neutrin Ice Cube pozwala badać procesy, które zachodzą we Wszechświecie. Rejestrowanie oddziaływań neutrin dostarcza naukowcom nowej wiedzy na temat gwałtownych zjawisk, w których mogą powstawać neutrina wysokoenergetyczne. Może również prowadzić do odkrycia nieznanych dotąd zjawisk kosmicznych.

– Nie do końca znamy mechanizm powstawania neutrin o tak wysokich energiach. W eksperymencie IceCube chodzi więc o to, by pomierzyć ich spektrum energetyczne, porównać je do różnych modeli teoretycznych i stwierdzić, który mechanizm najlepiej do nich pasuje – mówi dr hab. Justyna Łagoda, prof. NCBJ, Kierownik Zakładu Fizyki Wielkich Energii NCBJ.

Francis Halzen po raz pierwszy przedstawił swój pomysł na budowę detektora neutrin na Biegunie Południowym w 1988 r. Budowa IceCube rozpoczęła się w 2005 r., a prace zakończono pięć lat później.

Polskie grupy tworzące konsorcjum kierowane przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych, uczestnicza w eksperymencie neutronowym realizowanym w Japonii, jest to gigantyczne międzynarodowe obserwatorium neutrinowe – Hyper-Kamiokande. Podziemny detektor wykorzystuje tę samą technikę -  zjawisko Czerenkowa do rejestracji wytworzonych przez neutrina cząstek naładowanych i pomiaru ich energii.

Zespół złożony z ekspertów z 9 instytucji z Polski, pod kierownictwem prof. dr hab. Ewy Rondio odpowiada m.in. za opracowanie i budowę liniowego akceleratora elektronów do precyzyjnej kalibracji detektora, budowę detektorów światła i elektroniki, a także za tworzenie narzędzi do analizy i rekonstrukcji oddziaływań neutrin oraz modelowanie teoretyczne (generator NuWro).